MEMS触覚センサとステージモデルによる人のように触れる触覚認識モデルの研究

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H03314
• 研究機関: 立命館大学
• 研究代表者: 野間 春生 立命館大学, 情報理工学部, 教授 (00374108)
• 研究分担者: 東山 篤規 立命館大学, OIC総合研究機構, 教授 (00118001) ; 佐藤 克成 奈良女子大学, 生活環境科学系, 講師 (00708381) ; 北川 章夫 金沢大学, 電子情報通信学系, 教授 (10214785) ; 秋田 純一 金沢大学, 融合科学系, 教授 (10303265) ; 杉山 治 京都大学, 医学研究科, 特定准教授 (40586038) ; 寒川 雅之 新潟大学, 自然科学系, 准教授 (70403128) ; 松村 耕平 立命館大学, 情報理工学部, 准教授 (80629600)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 機械触覚 / 触覚識別モデル / 強化学習 / MEMS / 触覚センサ

研究実績の概要

本研究の最終年度はCOVID-19の影響で、2021年度まで延期した。ここでは2020年度と2021年度の実施内容について報告する。
研究課題 1:”強化学習による機械触覚による物体識別のためのなぞり動作の研究”として、野間，松村、杉山が担当し、ステージモデルの前段として全結合、1DCNN、RNN、LSTM、GRUによる物体識別を試み、さらにその結果を用いた 機械学習の研究を展開した。その結果、7種類の物体を対象とした物体識別については、GRUを用いる事で98％の識別結果を得た。一方で、この結果を用いた強化学習によるなぞり行動の学習での識別率向上は得られなかった。また、ステージモデルの中間層での出力結果に、研究課題4で得られた人の識別結果に類似する傾向を確認した。
研究課題 2:”機械触覚のための触覚センサアレイ研究”として、寒川、奥山が、触覚センサアレイの実装に関する研究を実施して、MEMS上の検知素子の設計を考察し、設計出力で従来の20倍の出力が得られる新しいセンサを開発した。また、従来問題となっていたセンサの実装について、フレキシブル基板を用いたセンサの実装と信号引き出しを研究し、強度面とノイズ面で実用的な実装を実現した。さらに、将来の多素子センサを見据えて、デジタル出力回路の試作と動作検証を行った。
研究課題 3:”ヒトの触覚認識モデルの研究”として、東山，佐藤がヒトのなぞりの分析の研究を実施し、機械触覚の学習に用いた同様の素材によるヒトの対象 物の素材判別実験を実施した。実験結果から、人による素材のグルーピングの結果と、その素材に関する感性評価軸の間に相関が認められた。この結果を、研究課題1で得られた機械学習の中間出力と合わせて考察し触知覚属性の考察に繋げた。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [学会発表] 人を超える超小形触覚センサの開発と産業応用 (2022)
  • 著者名/発表者名: 野間 春生
  • 学会等名: けいはんな共創の森イノベーション
• [学会発表] MEMS 触覚センサを用いフォークの把持力に基づく食材判別へのリザバーコンピューティングの応用 (2022)
  • 著者名/発表者名: 坪倉 奏太, 安藤 潤人, 北野 勝則, 野間 春生, 寒川 雅之, 秋田 純一
  • 学会等名: ハプティクス研究委員会第28回研究会
• [学会発表] FPGAを用いたMEMS触覚センサのためのパルス密度変換器の開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 齋藤 竜也, 青木雅典，安藤潤人，寒川雅之，秋田純一，野間春生
  • 学会等名: ロボティクス・メカトロニクス 講演会 2022
• [学会発表] 科学的トレーニングのための足裏にかかる荷重計測システムの開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 船橋 佑, 安藤潤人，野間春生
  • 学会等名: ロボティクス・メカトロニクス 講演会 2022
• [学会発表] ヒトを模して、ヒトに迫る、MEMS触覚センサについて (2022)
  • 著者名/発表者名: 野間 春生
  • 学会等名: 第218回センシング技術応用研究会定例研究例会
  • 招待講演
• [学会発表] 触れるためのセンシンング技術:触覚センサの研究と実用化 (2022)
  • 著者名/発表者名: 野間 春生、東輝明
  • 学会等名: 2021年度第2回ナノメカニクス研究会
  • 招待講演
• [学会発表] MEMS 触覚センサによる運動時の 靴底にかかる力の計測 (2021)
  • 著者名/発表者名: 河内彪博, 岡田一志, 大井翔, 松村耕平, 寒川雅之, 野間春生
  • 学会等名: インタラクション2021
• [学会発表] 接触部を交換可能としたMEMS触覚センサ (2021)
  • 著者名/発表者名: 川﨑 雄記，髙橋 佑司，安部 隆，野間 春生, 寒川 雅之
  • 学会等名: 2021年電気学会全国大会
• [学会発表] MEMS 触覚センサの校正処理手法の実装と評価 (2021)
  • 著者名/発表者名: 河内 彪博、安藤 潤人、野間 春生、寒川 雅之
  • 学会等名: 電気学会令和3年度E部門総合研究会
• [学会発表] 触材を両手に挟んで擦り合わせたときに生じる触覚の次元―ALSCALを用いて― (2021)
  • 著者名/発表者名: 東山篤規、 野間春生
  • 学会等名: 関西心理学会第132回大会
• [学会発表] MEMS 触覚センサ向け機械学習のためのFPGA によるSNN パーセプトロン実装 (2021)
  • 著者名/発表者名: 青木雅典， 土橋嬉真花，安藤潤人，寒川雅之，秋田純一，野間春生
  • 学会等名: 第26回バーチャルリアリティ学会大会
• [学会発表] MEMS触覚センサを用いたフォークによる食材刺突時の把持力に基づく食材判別 (2021)
  • 著者名/発表者名: 坪倉奏太，柴田結衣，安藤潤，寒川雅之，渡邊淳司，野間春生
  • 学会等名: 第26回バーチャルリアリティ学会大会
• [学会発表] 接着剤を用いたMEMS触覚センサの接触部取り外し・交換可能化 (2021)
  • 著者名/発表者名: 川崎雄記，安部隆，野間春生，寒川雅之
  • 学会等名: 第38回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
• [学会発表] 物理的・化学的耐久性を兼備するフッ素エラストマ積層コーティングPDMS封止カンチレバー型触覚センサ (2021)
  • 著者名/発表者名: 髙橋佑司，髙橋拓海，安部隆，野間春生，寒川雅之
  • 学会等名: 第38回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
• [学会発表] 端子部への負荷を軽減する FPC を用いた MEMS 触覚センサの実装 (2020)
  • 著者名/発表者名: 岡田 一志、川田 智晴、 河内 彪博、大井 翔、 松村 耕平、 寒川 雅之、野間 春生
  • 学会等名: ロボティクス・メカトロニクス講演会2020
• [学会発表] MEMS 触覚センサの温度変化による出力信号のドリフト特性の考察 (2020)
  • 著者名/発表者名: 河内 彪博, 川田 智晴, 岡田 一志,寒川 雅之, 野間 春生
  • 学会等名: マイクロマシン・センサシステム研究会
• [学会発表] エラストマ封止カンチレバー型触覚センサの繰返し耐久性評価 (2020)
  • 著者名/発表者名: 髙橋 拓海, 安部 隆, 野間 春生, 寒川 雅之
  • 学会等名: 第37回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム
• [学会発表] 布の触感評価に接触面積が与える影響 (2020)
  • 著者名/発表者名: 真岡 明日香、佐藤 克成
  • 学会等名: 第21回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会
• [学会発表] Improvement of durability of micro tactile sensor by protection of bonding-wire with UV curable resin (2020)
  • 著者名/発表者名: Yuji TAKAHASHI, Takumi TAKAHASHI, Takashi ABE, Haruo NOMA, Masayuki SOHGAWA
  • 学会等名: Fifteenth International Conference on Motion and Vibration Control (MoViC 2020)
  • 国際学会
• [学会発表] 受動触と能動触の次元：多次元尺度法ALSCALを用いて (2020)
  • 著者名/発表者名: 東山篤規、野間春生、太田杏侑、山崎校
  • 学会等名: 第46回（2020年）感覚代行シンポジウム
• [学会発表] 触覚センサ (2020)
  • 著者名/発表者名: 野間 春生
  • 学会等名: センサイトWEBセミナー
  • 招待講演
• [学会発表] MEMS触覚センサの実用化に向けて (2020)
  • 著者名/発表者名: 野間 春生
  • 学会等名: 産学連携テックミーティング テックアライアンスウェビナー
  • 招待講演
• [図書] ＶＲ/ＡＲ/ＭＲ技術の最新動向と応用事例 (2021)
  • 著者名/発表者名: 野間 春生、寒川 雅之
  • 総ページ数: 576
  • 出版者: 技術情報協会
  • ISBN: 978-4-86104-850-0
• [備考] MEMS-Sensor
  • URL: https://www.mxdlab.net/research/mems-sensor
• [産業財産権] MEMSセンサ (2021)
  • 発明者名: 寒川雅之、野間 春生
  • 権利者名: 新潟大学 立命館大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2021－118295
• [産業財産権] MEMSセンサ (2021)
  • 発明者名: 寒川雅之、野間 春生
  • 権利者名: 新潟大学 立命館大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2022－030470